DE4207048C1

DE4207048C1 - Double wall exhaust pipe for IC engine - has two types of tube sections, with different profiles, with c-profile sections supported on stop edges of inner wall

Info

Publication number: DE4207048C1
Application number: DE4207048A
Authority: DE
Inventors: Herbert 7990 Friedrichshafen De Deutschmann
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Deutschmann Herbert Dipl-Ing Dr 88048 Friedr
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2012-03-07
Also published as: US5337559A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einer die heißen Abgase führenden inneren Leitung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Mit einer eingekapselten Abgasleitung wird erreicht, daß das Abgas auf dem Wege vom Zylinder zum Aufladeaggregat nur einen minimalen Wärmeverlust erleidet und damit ein höheres Energiepotential für die Aufladung der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Zudem liegt die Oberflächentemperatur der Abgasleitung im Bereich der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine, wie das für manche Anwendungsfälle erforderlich ist.

Aus der Patentanmeldung EP 04 69 171 A1 ist eine gattungsgemäße Abgasleitung bekannt geworden, bei der die Leitungsabschnitte der inneren Leitung einen fast lückenlosen Einschluß der heißen Abgase bewirken. Der Zweck dieser Anordnung ist vor allem der Schutz der Zwischenwand vor Heißgaskorrosion durch Abgas. Die aufwendige Ausbildung der inneren Leitung erlaubt zwar die Verwendung von Werkstoffen für die Zwischenwand, die geringen Widerstand gegen Heißgaskorrosion besitzen und minimiert den Wärmeverlust aus dem Abgas, sie führt aber andererseits zu hohen Herstellungskosten für die innere Leitung.

Aus der US-PS 21 25 703 ist eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine bekannt, die ein gegossenes Gehäuse mit Kühlwasserräumen und mit einer nicht in Leitungsabschnitte unterteilten inneren rohrförmigen Leitung aufweist. Die innere Leitung ist an einem Ende des Gehäuses durch einen Stift gegen Verschieben gesichert und stützt sich an endseitigen Ringstegen und an den Innenrändern der Abgaseintrittsöffnungen ab. Mit dieser Bauweise ergibt sich an den Abstützstellen infolge der aus den Temperaturwechseln bei Betrieb der Brennkraftmaschine resultierenden Längenänderungsdifferenzen zwischen Gehäuse und innerer Leitung der Abgasleitung betriebsgefährdender Verschleiß durch Reibkorrosion.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Abgasleitung zu schaffen, bei der mit einer vereinfachten Ausbildung der Leitungsabschnitte der inneren Leitung eine Reduzierung von Herstellkosten erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Die weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Abstützung eines jeden Leitungsabschnitts der inneren Leitung auf Stegen an der Zwischenwand eine Verbesserung der Gestaltfestigkeit der Abgasleitung bei Schock- und Vibrationsbeanspruchung ergibt, daß die C-förmigen Leitungsabschnitte die Aufnahmefähigkeit der inneren Leitung für die Heißgasstoßbelastung erhöhen, die aus dem periodisch aus den Abgaskanälen der Zylinder ausströmenden Abgase hervorgerufen wird, und daß eine Senkung von Herstellkosten aufgrund der vereinfachten Fertigung der Leitungsabschnitte der inneren Leitung erreicht ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Längsschnitt eines Endes einer Abgasleitung nach Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 Querschnitt der Abgasleitung nach Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 Querschnitt der Abgasleitung nach Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 Längsschnitt eines Endes einer Abgasleitung nach Linie IV-IV in Fig. 5;

Fig. 5 Querschnitt der Abgasleitung nach Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 Querschnitt der Abgasleitung nach Linie VI-VI in Fig. 4.

In der nachfolgenden Beispielsbeschreibung gelten die zweistelligen Bezugsziffern für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 und die dreistelligen Bezugsziffern für das zweite Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6.

An den Zylinderköpfen 11, 12, 111, 112 einer nicht weiter dargestellten aufgeladenen, mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ist eine Abgasleitung 13, 113 befestigt, die sich über alle Zylinder einer Reihe erstreckt. Die Abgasleitung 13, 113 besteht aus einer die heißen Abgase führenden inneren Leitung und einem die innere Leitung mit Abstand umgebenden, in Längs- und Querrichtung ungeteilten, einen Kühlwasserraum 14, 114 aufweisenden Gehäuse.

Der Kühlwasserraum 14, 114 des Gehäuses ist zwischen einem zylindrischen Mantel 15, 115 und einer etwa zylindrischen Zwischenwand 16, 116 ausgebildet. Die Zwischenwand 16, 116 weist Abgaseintrittsöffnungen 21, 22, 121, 122 auf, die mit den Abgaskanälen 19, 20, 119, 120 in den Zylinderköpfen 11, 12, 111, 112 korrespondieren. Die Zwischenwand 16, 116 wird aus einem Grauguß-Werkstoff hergestellt, der im vorkommenden Temperaturbereich keiner Heißkorrosion unterliegt. Damit entfällt im vorliegenden Anwendungsfall die Notwendigkeit eines durchgängig lückenlosen Schutzes der Zwischenwand 16, 116 vor dem bei anderem Werkstoff heißkorrosiv wirkenden Abgas.

Die Wasserkühlung der Abgasleitung 13, 113 bewirkt die erwünschte Senkung der Oberflächentemperatur. Sie bewirkt aber auch, daß die Wärmedehnung der Abgasleitung 13, 113 bei ähnlichen Grauguß-Werkstoffen von Zwischenwand 16, 116 und dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine etwa der Wärmedehnung des Kurbelgehäuses entspricht. Dadurch werden Zwangskräfte vermieden, die die Befestigung der Abgasleitung 13, 113 an den Zylinderköpfen 11, 12, 111, 112 belasten würde. Die bleibende Dichtheit der Anschlußfugen der Abgasleitung ist damit sichergestellt.

Die innere Leitung ist in Längsrichtung in einzelne Leitungsabschnitte unterschiedlicher Länge 17, 18, 117, 118 unterteilt, die alle aus zylindrisch gebogenen rechteckigen Blechzuschnitten bestehen. Jeder Leitungsabschnitt der inneren Leitung 17, 18, 117, 118 stützt sich auf der Innenkontur von an der Zwischenwand 16, 116 ausgebildeten Stegen ab.

Bis auf die dem letzten Zylinder einer Reihe zugeordnete Abgaseintrittsöffnung 22, 122 ist im Bereich der übrigen Abgaseintrittsöffnungen 21, 121 jeweils ein C-förmiger Leitungsabschnitt 17, 117 angeordnet, der mit seinem Öffnungssektor der jeweiligen Abgaseintrittsöffnung 21, 121 gegenübersteht. Die C-förmigen Leitungsabschnitte 17, 117 sind etwa um den Faktor zwei dickwandiger ausgebildet, als die kreisförmigen Leitungsabschnitte 18, 118, womit ihre Heißgasstoßbelastung gegenüber dem aus den Abgaskanälen 19 austretenden pulsierenden Abgasstrahl verbessert ist.

Die den C-förmigen Leitungsabschnitten 17 benachbarten Leitungsabschnitte 18 der inneren Leitung beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 weisen einen kreisförmigen Querschnitt mit sich überlappenden Längsrändern 27, 28 auf. Aufgrund des geschlossenen Umfangs der Leitungsabschnitte 18 spielt die Einbaulage der Ränderüberlappung keine Rolle.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bis 6 weisen die den C-förmigen Leitungsabschnitten 117 benachbarten Leitungsabschnitte 118 einen etwa kreisförmigen Querschnitt auf, wobei sich die Längsränder 127, 128 der Leitungsabschnitte 118 mit Abstand gegenüberstehen.

Symmetrisch zu den Abgaseintrittsöffnungen 21, 22, 121, 122 sind in Längsrichtung an der Zwischenwand 16, 116 Anschlagkanten 25, 26, 125, 126, 129, 130 ausgebildet, die mit den Rändern 23, 24, 123, 124 und den Längsrändern 127, 128 der Leitungsabschnitte 17, 117, 118 verdrehsichernd zusammenwirken.

Die Leitungsabschnitte 17, 18, 117, 118 unterliegen im Betrieb einer starken Erwärmung durch das heiße Abgas. Dabei treten Wärmedehnungen in Längs- und Umfangsrichtung auf. Zur Vermeidung von Zwangskräften, die aus behinderter Wärmedehnung resultieren können, sind Dehnfugen erforderlich.

In Längsrichtung der Abgasleitung 13 ergeben sich Dehnfugen zwischen den Leitungsabschnitten 17, 18, 117, 118 dadurch, daß die Längen der Leitungsabschnitte 17, 18, 117, 118 etwas kleiner als die jeweiligen Stichmaße der Abschnittsunterteilung ausgeführt sind. Dehnfugen in Umfangsrichtung werden dadurch gebildet, daß der Abstand der jeweils benachbarten Anschlagkanten 25, 26, 125, 126, 129, 130 kleiner ist als der Abstand zwischen den jeweils zugeordneten Rändern 23, 24, 123, 124 und Längsrändern 127, 128 der Leitungsabschnitte 17, 117, 118. Bei den Leitungsabschnitten 18 erfolgt der Dehnungsausgleich in Umfangsrichtung durch Veränderung der Überlappungsbreite der Längsränder 27, 28.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen besteht in der Ausbildung der Stege auf der Innenkontur der Zwischenwand 16, 116, auf die sich die Leitungsabschnitte 17, 18, 117, 118 der inneren Leitung abstützen.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 sind Stege 31, 32, 33 auf der Zwischenwand 16 in Umfangsrichtung angeordnet. Jeder Steg 31, 32, 33 weist im Bereich der zugeordneten Umfangsränder der Leitungsabschnitte 17, 18 eine Umfangsnut 34, 35, 36 auf. Entsprechend sind Längsnuten 29, 30 auch parallel zu den Anschlagkanten 25, 26 ausgebildet. Die Nuten stellen eine satte Anlage der Leitungsabschnitte 17 an den Stegen 31, 32, 33 sicher.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bis 6 sind Stege 131, 132, 133, 134, 135, 136 in Längsrichtung am Innenumfang der Zwischenwand 116 parallel zueinander angeordnet. Im Bereich der Umfangsränder der Leitungsabschnitte 117, 118 sind die Stege 131, 132, 133, 134, 135, 136 unterbrochen.

Der Vorgang für das Einfügen der Leitungsabschnitte 17, 18, 117, 118 der inneren Leitung in die Zwischenwand 16, 116 ist bei beiden Ausführungsbeispielen gleich. Vom nicht dargestellten stirnseitigen, offenen Ende der Zwischenwand 16, 116 aus werden die einzelnen Leitungsabschnitte 17, 18, 117, 118 mit Hilfe einer Spannvorrichtung eingeführt und an den zugeordneten Stellen plaziert.

Die Spannvorrichtung umgreift jeweils ein Stirnende eines Leitungsabschnitts an drei Punkten. Dabei wird der Außendurchmesser des Leitungsabschnittes elastisch soweit verringert, daß er den kleinsten Öffnungsquerschnitt der Zwischenwand passieren kann. Nach Erreichen der vorgesehenen Position des Leitungsabschnittes wird die Spannvorrichtung gelöst und der Leitungsabschnitt legt sich an die zugeordneten Stege auf der Zwischenwand an. Die Leitungsabschnitte 17, 18, 117, 118 sind so vorgeformt, daß sie in eingefügtem Zustand mit radialer Vorspannung an den Stegen anliegen.

Beim ersten Ausführungsbeispiel sind ausgehend vom nicht dargestellten stirnseitigen, offenen Ende der Zwischenwand 16 in den jeweiligen Stegen 31, 32, 33 drei axiale Rinnen 37, 38, 39 erforderlich, die den Durchgang der Greiffinger der Spannvorrichtung bei der Montage der Leitungsabschnitte 17, 18 erlauben.

Claims

1. Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einer die heißen Abgase führenden inneren Leitung sowie mit einem die innere Leitung mit Abstand umgebenden, einen Kühlwasserraum aufweisenden Gehäuse, wobei der Kühlwasserraum des Gehäuses zwischen der Außenseite einer etwa zylindrischen Zwischenwand und einem zylindrischen, sich auf der Zwischenwand abgedichtet abstützenden Mantel ausgebildet ist und die innere Leitung in Längsrichtung unterbrochen und in einzelne Leitungsabschnitte unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt (17, 18, 117, 118) der inneren Leitung aus einem rechteckigen Blechzuschnitt zu einem etwa zylindrischen Rohr gebogen ist, daß die Leitungsabschnitte (18, 118), die zwischen den Abgaseintrittsöffnungen (21, 121) liegen, einen im wesentlichen geschlossenen Ringquerschnitt aufweisen und daß die Leitungsabschnitte (17, 117) im Bereich der Abgaseintrittsöffnungen (21, 121) einen C-förmig geöffneten Ringquerschnitt besitzen und sich mit ihren in Längsrichtung erstreckenden Rändern (23, 24, 123, 124) an seitlich der Abgaseintrittsöffnungen (21, 121) an der Innenseite der Zwischenwand (16, 116) ausgebildeten Anschlagkanten (25, 26, 125, 126) abstützen.

2. Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Zwischenwand (16) in Umfangsrichtung verlaufende Stege (31, 32, 33) angeordnet sind.

3. Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder (27, 28) der zwischen den Abgaseintrittsöffnungen (21, 121) angeordneten Leitungsabschnitte (18) sich überlappen.

4. Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere an der Innenseite der Zwischenwand (116) verteilt angeordnete Stege (131, 132, 133, 134, 135, 136) in Längsrichtung verlaufen.

5. Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder (127, 128) der zwischen den Abgaseintrittsöffnungen (21, 121) angeordneten Leitungsabschnitte (118) sich mit Abstand gegenüberstehen und mit Anschlagkanten (129, 130) verdrehsichernd zusammenwirken.

6. Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die C-förmigen Leitungsabschnitte (17, 117) der inneren Leitung dickwandiger als die anderen Leitungsabschnitte (18, 118) ausgebildet sind.

7. Abgasleitung für eine aufgeladene, mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (16, 116) aus einem Grauguß-Werkstoff besteht.